Basalt om LED. ISR og Energy piano Feb. 2018

Transkript

1 Basalt om LED ISR og Energy piano Feb. 2018

2 Indhold 1. Introduktion 2. Hvordan fungerer LED? 3. Hvide LEDer 4. LED Pakke 5. LED egenskaber 6. Hele belysningsystemet inkl. driver og armatur 7. Udskiftning af lyskilder 8. Fordele og ulemper 2

3 1. Introduktion om LED LED (Light Emitting Diode) er en halvleder diode, som kun tillader strømmen at løbe i en retning, hvor lys skabes i halvleder materialet. Opdaget i Første praktiske produkt udviklet i Dramatisk LED udvikling fra 1990 erne af følgende grunde: Udviklet nye halvleder materialer i forbindelse med rød, grøn og blå laser udvikling: InGaP/GaAs, GaInAlN/GaN Innovation af Packaging Forbedret varmeafledning Advanceret reflektor design. Udvikling i wafer bonding Udvikling i transparente substrater med forbedret lys-udsendelsen. 3

4 2.1 Hvordan fungerer LED - Lysudsendelse Halvleder material er lagdelt med hhv. n-material, der har et overskud af elektroner (frie elektroner), og p-materialet, der mangler elektroner (der er elektron huller). Ved at sætte spænding over p-n forbindelse kan elektro nerne i n-materialet flytte sig til p-materialet. Elektronerne flytter sig fra høj til lavt energi niveau, hvor energiforskellen frigives som elektromagnetisk stråling og varme. I en LED anvendes materialer, der giver stråling i det synlige område. LED = Light- Emitting-Diode. Forskellige materialer producerer lys i forskellige bølgelængder og dermed forskellige farver. 4

5 2.2 Hvordan fungerer LED - Komponenter 5

6 2.3 Hvordan fungerer LED - Driver Fluorescerende og HID lyskilder anvender en forkobling, der sørger for startspænding og begrænser den elektriske strøm til lyskilden. Denne transformer leverer konstant spænding mens strømmen varierer med den elektriske belstning. LED anvender en strømforsyning kaldet en driver, som transformerer vekselstrøm til jævnstrøm. LED driveren sørger for en konstant strøm i LED erne; mens driver-spændingen varierer. Driver beskytter også LEDer mod normale spændings-fluktuationer og hændelige spændings- spidser. Driverer kan integreres i lyskilden placeret i armaturet, eller kan være en separat komponent Driveren kan også tage sig af farveskift (I dette tilfælde tre udgangsterminaler for RGB LED er), dæmpning og lysstyring. 6

7 3. Hvide LED er via tre metoder Fosfor Hvidt lys Hvidt lys Farve blanding optik Hvidt lys Farve blanding optik Blå eller UV LED RGB LED Farvet og PC LEDs Fosfor bruges til at konvertere blå eller nærultraviolet lys fra LED en til hvidt lys Lys fra rød, grøn og blå LED mixes til farver eller hvidt lys med diverse farvetemperaturer i området K. Med tiden degraderes farverne med forskellig fart, så den hvide farve skifter. HYBRID LED Kombination af både fosforkonvertering og RGB 7

8 4. LED-chip Pakning 3 metoder mm LED er Overflade monterede Chips om bord (CoB) CoB er monteret i substrat = LED arrays med meget højere tæthed chips og ensartethed. 8

9 5. LED Egenskaber Temperatur indflydelse Lysmængden fra en LED påvirkes af den omgivende temperature og reduceres med stigende chip temperatur. F.eks. kan lysmængden ved omgivende temperatur 125 C være 50% af, hvad den er ved 25 C. Levetiden mindskes ved højere omgivende temperatur. 9

10 5. LED Egenskaber Energi Effektivitet medio 2017 Glødepære Halogen Hvid LED Kviksølvlampe LFL CFL Højtryk-natirum Metalhalogen LED effektiviteten bestemmes af, 1) hvor meget der udstråles som lys hhv. bliver til varmetab (kaldes den interne effektivitet), samt 2) lystab i halvledermaterialet grundet reflektion, absorption, skygge for kontakter etc. (kaldes udstrålingseffektiviteten). Der arbejdes også med nye materialer, bedre varmespredning og forbedret forforteknik. 10

11 5. LED Egenskaber Udvikling i Effektivitet for LED pakker De grå kasser viser de potentielle forbedringer for: 1) PC-LED (fosfor konvertered blå/violet) 2) HY-LED (hybrid mix med flere røde emittere) 3) RGBA CM-LED (med fire eller flere primary emitters dækkende hele spektrum). Source: U4E - Energy-Efficient Lighting 11

12 5. LED Egenskaber Levetid (1) I modsætning til de fleste konventionelle lyskilder, så fejler LED lyskilder ikke. Den udsendte lysmængde falder med tiden. Lumen vedligeholdelsesfaktoren (LMF) udtrykker lysmængden efter levetid. L værdien udtrykker procentisk hvor stor en andel af initialle lysmængde, der leveres af LED armaturet efter den oplyste levetid; f.eks, leveres med L90@ timer 90% af initial lysstrømmen efter timer; Lysmængden fra LED chips vil mindskes med forskellig fart. B værdien er en median værdi, der procentisk definerer andel LED chips, der vil komme under L værdien inden for den specificerede levetid. For LED armaturer anvendes standarder og terminologi fra konventionelle lyskilder til at definere levetid: IEC => LED moduler til generel belysning Ydeevne krav IEC => Specielle krav for LED armaturer LM80-08 => Måling af lysmængde og vedligehold for LED pakker efter timer. TM21 => metode til at estimere lumen henfald over levetiden baseret på initial lysmængde og lysmængde efter 6000 timer. 12

13 5. LED Egenskaber Levetid (2) Test resultater fra US Standarden LM-80 som L90, L70 og L50 anvendes af mange LED armatur fabrikanter som lumen vedligeholdelsen tærskler for LED armaturer. LM-80 Standarden kræver: Test ved timer ( timer anbefalet) Lysmængden ved tre overflade temperaturer: 55 C, 85 C og en tredje bestemt af fabrikanten Ekstra test for at sikre konsistent og sammenlignelige resultater. Ekstrapolation fra 6000/10000 timer til levetiden via metoder i standarden TM- 21 for L90, L70 og L50 værdier. Armatur fabrikanter overfører de ekstrapolerede kurver til LED armatur specifikke kurver, der også tager hensyn til armatur designet. 13

14 5. LED egenskaber - fatning, sokkel og fysisk dimension Små wattage lyskilder er tilgængelige med mange typer af fatning og sokkel. Den fysiske størrelse kan være forskellig selv om fatning/sokkel er den samme så: Afprøv om lyskilden kan være i armaturet. For forsænkede downlights: Kontroller lyskildens støttemekanisme passer til LED lyskilden 14

15 5. LED egenskaber - Mange typer af LED lyskilder LEDspot LED pære LEDcapsules LEDspot PAR LED Typer LEDcandle LED rør CRI > h Intern eller ekstern driver 15

16 6. Det Total Belysningssystem Armatur og System LEF (Luminaire Efficacy Factor (LEF)) er et mål for armaturet effektivitet i form af lysmængde som funktion af effekt og muliggør sammenligning af armaturer. LEF = LOR lamps η driver P in η driver - Efficiency of the ballast or of the LED Driver Effektiviteten for det totale belysningssystem påvirkes af: 1) LEF 2) Lumen vedligeholdelse 3) Eventuel driver standby forbrug 16

17 6. Det Total Belysningssystem Valg af Armatur Vælg et passende armatur med overvejelse af: Udseende Lysfordeling der ønskes Brug for kombineret direkte og indirekte lys? Er der brug for at styre lyset med reflektorer? Armaturets effektivitet? Er der brug for anden lysstyring? Hvilke(n)? Kontrol af blænding, lysfordeling, lysstyrke (lux) og så høj energieffektivitet som muligt. Overveje vedligehold herunder resistens mod urenheder, rengøring, udskiftning af komponenter, modulært design og reparation. 17

18 6. Det Total Belysningssystem Armatur Effektivitet Armaturet spiller en stor rolle 18

19 7.1 Udskiftning af andre lyskilder med LED Check før udskiftning: Fatning/base Fysiske dimensioner Driver/transformer kompatibilitet Dæmpning 19

20 7.2 Udskiftning af T8 lysstofrør med LED T8 Passer fotometrien for T8 LED lamp til armaturet? Passer armaturet til behov for varmeafledning fra T8 LED? Den oprindelige lysberegning kan ikke anvendes, da armatur (og reflektor) er baseret på 360 lysudsendelse fra lysstofrøret. Er lyset ensartethed OK med T8 LED udstrålende ? Lumen typisk baseret på sammen lux under armaturet T8 lysstofrør 36W (1200mm) => 3350 lm (93lm/W) T8 LED rør 6W (1200mm) => 1920 lm (120lm/W) Afhængig af geometri og anvendelse kan T8 LED udskiftning være uacceptabel for kunden grundet mørke områder med for lidt lys. Lav ny lysfordelingsberegning med placering af armaturer er der brug for nogle ekstra? 20

21 8.1 Fordele og Ulemper Fordele Lave livscyklus-omkostninger grundet lang levetid LED belysning kan dæmpes Kan købe LED med fuld lysspektrum Kan vælge lysfarve. For smarte produkter kan lysfarven ændres af brugeren. Kan købe LED er med høj farvegengivelse Ingen støj Mindre spildvarme kan medføre lavere air-conditioning omkostninger Ingen kviksølv (som for lysstofrør og sparepærer) Ulemper Højere købspris men priserne falder løbende. LED er skifter farve med alderen og også afhængig af temperaturen. Tungere grundet varmeafledningsflade - falder med stigende effektivitet. Mange lysdæmpere til andre lyskilder er ikke LED kompatible. Ved lysdæmpning er der nogen gange flimmer 21